EP1522788A2 - Verdampferbrenner - Google Patents

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EP1522788A2
EP1522788A2 EP04012271A EP04012271A EP1522788A2 EP 1522788 A2 EP1522788 A2 EP 1522788A2 EP 04012271 A EP04012271 A EP 04012271A EP 04012271 A EP04012271 A EP 04012271A EP 1522788 A2 EP1522788 A2 EP 1522788A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion chamber
evaporator
heat transfer
fuel
medium
Prior art date
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Granted
Application number
EP04012271A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1522788B1 (de
EP1522788A3 (de
Inventor
Walter Blaschke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
J Eberspaecher GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by J Eberspaecher GmbH and Co KG filed Critical J Eberspaecher GmbH and Co KG
Publication of EP1522788A2 publication Critical patent/EP1522788A2/de
Publication of EP1522788A3 publication Critical patent/EP1522788A3/de
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Publication of EP1522788B1 publication Critical patent/EP1522788B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D3/00—Burners using capillary action
    • F23D3/40—Burners using capillary action the capillary action taking place in one or more rigid porous bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M20/00—Details of combustion chambers, not otherwise provided for, e.g. means for storing heat from flames
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/13003—Energy recovery by thermoelectric elements, e.g. by Peltier/Seebeck effect, arranged in the combustion plant

Definitions

  • the present invention relates to an evaporator burner comprising Evaporating medium for feeding fuel into a combustion chamber, a Zündsammlung adopted for igniting present in the combustion chamber Fuel vapor / air mixture and a tempering device with at least one tempering element for thermal influencing of the into the combustion chamber to be fed fuel or / and the evaporator medium and / or the air to be fed into the combustion chamber.
  • Such an evaporator burner is known from DE 101 30 638 A1.
  • a combustion chamber limiting Combustor housing substantially pot-shaped and indicates at the bottom region on the side facing the combustion chamber an evaporator medium of porous material.
  • the liquid fuel is via a Brennstoffzumoltechnisch in this porous evaporator medium fed, is distributed under capillary action in the evaporator medium and then at the combustion chamber facing surface of the Evaporated evaporator medium. It thus forms fuel vapor, the along with the fed into the combustion chamber also Combustion air then an ignitable fuel vapor / air mixture forms.
  • evaporator burner often for parking heaters and heaters They are generally used with the same fuel operated, like the internal combustion engine of a vehicle. This will be particular be in use as a heater in general diesel fuel.
  • this electrical operable heater is an electrical operable heater assigned.
  • the evaporator medium By exciting this electrically operable Heating device is the evaporator medium at its from the Combustion chamber located away from the side, so that together with the evaporator medium and the distributed therein under capillary action Fuel, so for example diesel fuel is heated and a shows improved Abdampf . This is especially true in the Starting phase important because such evaporator burner or this generally operating heaters, if comparatively low ambient temperatures are present.
  • a vapor burner comprising an evaporator medium for feeding Fuel in a combustion chamber, a Zündsammlung adopted for igniting in the combustion chamber existing fuel vapor / air mixture and a tempering device with at least one tempering for thermal influencing of fed into the combustion chamber Fuel and / or the evaporator medium and / or in the Combustion chamber to be fed air.
  • the at least one tempering includes a Peltier element.
  • thermosetting device used at least one Peltier element.
  • Peltier elements have the elementary characteristic that they work as heat pumps. That is, by energizing a Peltier element can be made sure that heat from one side the same is transported to the other, i. cooled on one side, while the heat removed during cooling then at the other Page is submitted. When reversing the direction of the current is also the Direction of heat transport around.
  • the Charalterizing uses the present invention to, for example, too Operating state dependent on the critical area, so for example the evaporator medium or to be fed into this or already fed liquid fuel to extract heat.
  • the danger of one too spontaneous evaporation thus exists in particular in the Combustion operation not in which due to the expiring combustion comparatively high temperatures are present.
  • the under takes Use of a Peltier element possible cooling for that first still liquid fuel, so for example in terms of Abdampfungs characterizing basically critical gasoline, in the Evaporator medium evenly distributed and then controlled in the Combustion chamber is discharged.
  • a Peltier element possible cooling for that first still liquid fuel, so for example in terms of Abdampfungs characterizing basically critical gasoline, in the Evaporator medium evenly distributed and then controlled in the Combustion chamber is discharged.
  • the use of a such Peltier element the possibility of being on one side, ie For example, from the evaporator medium, withdrawn heat to the in to transfer the combustion chamber to be fed air, so that they already preheated enters the combustion chamber and then taking place Mixing with the already evaporated fuel combustion enabled with reduced pollutant emissions.
  • Peltier element allows described, by defined control of the same, of course also the heating of the evaporator medium or of the steam to be evaporated Fuel, which, for example, before starting at comparatively low Ambient temperatures is of great advantage because of this preheating a shorter starting phase can be obtained and during the starting phase or at the beginning of the ignition already with reduced pollutant emissions is burned.
  • the inventive evaporator burner can be constructed in this way be that a combustion chamber housing with a heat transfer wall is provided that on one of the combustion chamber side facing the heat transfer wall, the evaporator medium is provided and that in the area in which the evaporator medium is provided, on a side remote from the combustion chamber side of the Heat transfer wall, the at least one tempering is provided.
  • the at least one tempering will continue to deliver transported heat as efficiently as possible proposed that the at least one tempering at its from the heat transfer wall facing away from a Heat transfer surface formation has.
  • the heat transfer surface formation rib-like is trained.
  • the combustion characteristics especially with regard to pollutant emissions in the inventive use of one or more Peltier elements characterized be improved, that the at least one tempering on a from the heat transfer wall facing away in Heat transfer interaction with the combustion chamber Air to be fed can be brought.
  • the Combustion chamber to be introduced and together with a fuel vapor burning air already preheated, if the Peltier element so it is operated, that it heat from the range of the combustion chamber, thus for example, the area of the evaporator medium, deducted.
  • the at least one tempering with his from the heat transfer wall facing away from and / or with the Heat transfer surface formation protrudes into an air duct.
  • the combustion chamber housing is pot-shaped with a Peripheral wall and a bottom wall and that the bottom wall forms at least part of the heat transfer wall.
  • an evaporator burner comprising an evaporator medium for feeding fuel into a combustion chamber, an ignition heater to ignite existing in the combustion chamber Fuel vapor / air mixture and a cooling device with at least a cooling element for cooling the feed into the combustion chamber Fuel and / or the evaporator medium.
  • the at least one cooling element comprises a Peltier element.
  • a method proposed for operating an evaporator burner in which Method is provided that before and / or during an ignition / starting phase operated at least one Peltier element of the evaporator burner is that the fuel to be fed into the combustion chamber and / or Is heated evaporator medium and that at or / and after Ignition at least one Peltier element is operated such that the in the combustor to be fed fuel and / or the Evaporator medium is cooled.
  • a generally designated 10 heater with his essential components.
  • This heater 10 includes a Evaporator burner 12, which via an air supply area 14 to the Combustion required air is supplied.
  • the case of combustion Heat generated by a generally designated 14 heat exchanger then to a medium to be heated, so for example air or water, transfer.
  • this heat exchanger 14 is only an inner cup-shaped housing part 16, which together with a not shown and this outside surrounding also pot-like housing part limits a flow space for the medium to be heated.
  • the evaporator burner 12 itself comprises a generally designated 18 Combustor housing, which has a basically pot-like structure.
  • a peripheral wall 20 and a bottom portion 22 of the combustion chamber housing 18 are formed as separate components and connected to each other to provide the cup-like structure.
  • the peripheral wall 20 is further connected to a flame tube 24 into which the combustion exhaust gases flowing through an integral with the peripheral wall 20 to flow therein on the housing part 16 of the heat exchanger 14 and then along a formed between the flame tube 24 and the housing part 16 Return flow space 26 toward a combustion exhaust outlet 28 to flow, as indicated by arrows P 1 .
  • the evaporator burner 12 or the combustion chamber housing 18 of the same is supported on a plate-like support member 30, in particular to achieve the required tightness between the housing member 16 and this support member 30, a sealing member 32 may be provided.
  • This carrier component 30, together with a further housing part 34, also delimits an air flow space 36, through which the air to be combusted in a combustion chamber 38 flows as indicated by arrows P 2 under the conveying action of a blower (not shown ) .
  • a ring-like flow space 40 is formed, in which the air flowing in the air flow space 36 enters air and then via formed in the peripheral wall 20 openings 42 into the combustion chamber 38 arrived.
  • a fuel supply line 44 opens. This will make you more fluid Fuel, such as gasoline, promoted toward the combustion chamber 38.
  • Fuel such as gasoline
  • the inside of the bottom portion 22 of the combustion chamber housing 18 is with a two-layer designed here porous evaporator medium 46 occupied. At the side facing away from the combustion chamber 38 side takes this evaporator medium 46, the liquid fuel and transported this under capillary action in its outermost edge areas.
  • a plate-like Distribution element 48 may be arranged, which ensures that the there entering the porous evaporator medium 46 fuel not straight to the combustion chamber 38 facing side of the porous evaporator medium 46 can flow, but initially deflected radially must become.
  • an ignition element 50 which extends over the porous evaporator medium 46th extends into the combustion chamber 38 inside.
  • This example as Glühzünd21 configured ignition element 50 is used by generating local High temperature areas existing in the combustion chamber 38 To ignite fuel vapor / air mixture and thus the evaporator burner 12 to start.
  • thermoforming device 52 intended.
  • Peltier elements 54 for example, in association with each Peltier element 54 at the bottom wall portion 22 at the of the Combustion chamber 38 facing away from the same provided a recess be there, so that there the material thickness of the Bodenwandungs Schemes to improved heat transfer is reduced.
  • these Depressions for example, in the form of a ring-like circumferential Depression can be provided at the bottom wall portion 22 are provided in the support member 30 corresponding recesses, so that the Peltier elements 54 basically with their from the combustion chamber 38 and thus also facing away from the bottom wall region 22 Side to the air flow space 36 towards freely.
  • the Peltier elements 54 also ribbed, so a better one Heat transfer contact between the Peltier elements 54 and the Tempering device 52 and the air flowing in the air flow space 36 air can be obtained.
  • the Peltier elements 54 can be operated in this way be that they heat from the bottom wall portion 22nd facing side to the side remote from the bottom wall portion 22 and the air flow space 36 side facing transport, or vice versa.
  • the Peltier elements 54 In the first case, that is with the Peltier elements 54 in contact standing area of the bottom wall portion 22 cooled, and there extracted heat is transferred via the ribs 56 to the air flow space 36 discharged air. This attains that together with the bottom wall portion 22 also in contact with the porous Evaporating medium 36 and the liquid fuel present in this be cooled or heat is removed from there.
  • the Peltier elements can operate this way be that they the combustion chamber housing 18 and the bottom wall portion 22 and thus also preheat the porous evaporator medium 46.
  • the evaporator burner 12 is brought into a state in which when the liquid fuel is introduced via the fuel supply line 44 is due to the already slightly elevated temperatures one improved fuel evaporation takes place and thus also in the starting phase or when igniting a lower pollutant emissions is present. Is the ignition then takes place, so ensures the heat of combustion, as previously addressed very quickly for warming up the various system areas, so that then, for example, the Peltier elements 54 switched or be controlled differently according to the previous to achieve the mentioned cooling effect.

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Abstract

Ein Verdampferbrenner umfasst ein Verdampfermedium (46) zum Einspeisen von Brennstoff in eine Brennkammer (38), eine Zündheizeinrichtung (50) zum Zünden von in der Brennkammer (38) vorhandenem Brennstoffdampf/Luft-Gemisch, sowie eine Temperiereinrichtung (52) mit wenigstens einem Temperierelement (54) zum thermischen Beeinflussen des in die Brennkammer (38) einzuspeisenden Brennstoffs oder/und des Verdampfermediums (46) oder/und der in die Brennkammer (38) einzuspeisenden Luft, wobei das wenigstens eine Temperierelement (54) ein Peltier-Element umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdampferbrenner, umfassend ein Verdampfermedium zum Einspeisen von Brennstoff in eine Brennkammer, eine Zündheizeinrichtung zum Zünden von in der Brennkammer vorhandenem Brennstoffdampf/Luft-Gemisch sowie eine Temperiereinrichtung mit wenigstens einem Temperierelement zum thermischen Beeinflussen des in die Brennkammer einzuspeisenden Brennstoffs oder/und des Verdampfermediums oder/und der in die Brennkammer einzuspeisenden Luft.
Ein derartiger Verdampferbrenner ist aus der DE 101 30 638 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Verdampferbrenner ist ein die Brennkammer begrenzendes Brennkammergehäuse im Wesentlichen topfartig ausgebildet und weist an dem Bodenbereich an der der Brennkammer zugewandten Seite ein Verdampfermedium aus porösem Material auf. Der flüssige Brennstoff wird über eine Brennstoffzuführleitung in dieses poröse Verdampfermedium eingespeist, wird unter Kapillarwirkung in dem Verdampfermedium verteilt und dann an der der Brennkammer zugewandten Oberfläche des Verdampfermediums abgedampft. Es bildet sich somit Brennstoffdampf, der zusammen mit der in die Brennkammer auch eingespeisten Verbrennungsluft dann ein zündfähiges Brennstoffdampf/Luft-Gemisch bildet.
Da derartige Verdampferbrenner häufig für Standheizungen und Zuheizer eingesetzt werden, werden sie im Allgemeinen mit dem gleichen Brennstoff betrieben, wie die Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs. Dies wird insbesondere im Einsatz als Zuheizer im Allgemeinen Dieselkraftstoff sein. Um beim Einsatz derartigen Dieselkraftstoffs eine geeignete Abdampfung aus dem porösen Verdampfermedium sicherstellen zu können, ist diesem eine elektrisch betreibbare Heizeinrichtung zugeordnet. Durch Erregen dieser elektrisch betreibbaren Heizeinrichtung wird das Verdampfermedium an seiner von der Brennkammer abgewandt liegenden Seite erwärmt, so dass zusammen mit dem Verdampfermedium auch der darin unter Kapillarwirkung verteilte Brennstoff, also beispielsweise Dieselkraftstoff, erwärmt wird und ein verbessertes Abdampfverhalten zeigt. Dies ist besonders auch in der Startphase wichtig, da derartige Verdampferbrenner bzw. die diese aufweisende Heizgeräte im Allgemeinen betrieben werden, wenn vergleichsweise niedrige Umgebungstemperaturen vorliegen. Da in diesem Zustand vor dem Start der Verbrennung die verschiedenen Systemkomponenten im Allgemeinen ebenfalls vergleichsweise niedrige Temperaturen aufweisen werden, kann durch Erregen der elektrisch betreibbaren Heizeinrichtung eine Vorkonditionierung vorgenommen werden, so dass einerseits die Zündung schneller erfolgen kann und andererseits von Anbeginn der Verbrennung an mit geringerem Schadstoffausstoß verbrannt wird.
Werden derartige Verdampferbrenner mit einem anderen Brennstoff als Dieselkraftstoff betrieben, also beispielsweise mit Benzin, besteht das Problem, dass das unter Kapillarwirkung in dem Verdampfermedium verteilte Benzin insbesondere bei bereits erfolgter Zündung, also während des normalen Verbrennungsbetriebs, aufgrund seiner Verdampfungscharakteristik zu schnell bzw. zu spontan abdampft, d.h. eine sehr unkontrollierte und nur schwer durch Mengenbemessung zu kontrollierende Abdampfung erfolgt. Insbesondere besteht die Gefahr, dass aufgrund eines zu spontanen Abdampfens des Benzins eine gleichmäßige Verteilung des zunächst noch flüssigen Brennstoffs im porösen Verdampfermedium nicht auftreten wird. Dies und eine zu spontane bzw. unkontrollierte Abdampfung beeinträchtigt das Betriebsverhalten des Verdampferbrenners bzw. des gesamten Heizgeräts und kann insbesondere zu einem erhöhten und nicht akzeptierbaren Schadstoffausstoß führen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemäßen Verdampferbrenner derart weiterzubilden, dass er ein verbessertes Betriebsverhalten aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einenVerdampferbrenner, umfassend ein Verdampfermedium zum Einspeisen von Brennstoff in eine Brennkammer, eine Zündheizeinrichtung zum Zünden von in der Brennkammer vorhandenem Brennstoffdampf/Luft-Gemisch sowie eine Temperiereinrichtung mit wenigstens einem Temperierelement zum thermischen Beeinflussen des in die Brennkammer einzuspeisenden Brennstoffs oder/und des Verdampfermediums oder/und der in die Brennkammer einzuspeisenden Luft.
Dabei ist dann weiter vorgesehen, dass das wenigstens eine Temperierelement ein Peltier-Element umfasst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verdampferbrenner wird also als elektrisch betreibbare Temperiereinrichtung zumindest ein Peltier-Element eingesetzt. Derartige Peltier-Elemente weisen die elementare Charakteristik auf, dass sie als Wärmepumpen arbeiten. Das heißt, durch Bestromung eines Peltier-Elements kann dafür gesorgt werden, dass Wärme von einer Seite desselben zur anderen transportiert wird, d.h. an einer Seite gekühlt wird, während die bei der Kühlung abgezogene Wärme dann an der anderen Seite abgegeben wird. Bei Stromrichtungsumkehr kehrt sich auch die Richtung des Wärmetransports um. Die Charalteristik, mit einem derartigen Peltier-Element nicht nur Wärme erzeugen bzw. an einer Oberfläche bereitstellen zu können, wie dies bei einer herkömmlichen elektrisch betreibbaren Heizeinrichtung der Fall ist, sondern an einer Oberfläche und somit auch einem damit in Kontakt stehenden Bauteil Wärme abzuziehen, nutzt die vorliegende Erfindung dazu, beispielsweise auch betriebszustandsabhängig von dem kritischen Bereich, also beispielsweise dem Verdampfermedium bzw. dem in dieses einzuspeisenden oder bereits eingespeisten flüssigen Brennstoff, Wärme abzuziehen. Die Gefahr einer zu spontanen Abdampfung besteht somit insbesondere auch im Verbrennungsbetrieb nicht, in dem aufgrund der ablaufenden Verbrennung vergleichsweise hohe Temperaturen vorliegen. Vielmehr sorgt die unter Einsatz eines Peltier-Elements mögliche Kühlung dafür, dass der zunächst noch flüssige Brennstoff, also beispielsweise das hinsichtlich der Abdampfungscharakteristik grundsätzlich kritische Benzin, sich im Verdampfermedium gleichmäßig verteilt und dann kontrolliert in die Brennkammer abgegeben wird. Weiterhin eröffnet der Einsatz eines derartigen Peltier-Elements die Möglichkeit, die an einer Seite, also beispielsweise von dem Verdampfermedium, abgezogene Wärme auf die in die Brennkammer einzuspeisende Luft zu übertragen, so dass diese bereits vorerwärmt in die Brennkammer eintritt und bei der dann erfolgenden Durchmischung mit dem bereits abgedampften Brennstoff eine Verbrennung mit vermindertem Schadstoffausstoß ermöglicht.
Weiterhin ermöglicht der Einsatz eines Peltier-Elements, wie vorangehend beschrieben, durch definierte Ansteuerung desselben, selbstverständlich auch das Heizen des Verdampfermediums bzw. des abzudampfenden Brennstoffs, was beispielsweise vor dem Start bei vergleichsweise niedrigen Umgebungstemperaturen von großem Vorteil ist, da durch diese Vorwärmung eine kürzere Startphase erlangt werden kann und während der Startphase bzw. am Beginn der Zündung bereits mit vermindertem Schadstoffausstoß verbrannt wird.
Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Verdampferbrenner derart aufgebaut sein, dass ein Brennkammergehäuse mit einer Wärmeübertragungswandung vorgesehen ist, dass an einer der Brennkammer zugewandten Seite der Wärmeübertragungswandung das Verdampfermedium vorgesehen ist und dass in demjenigen Bereich, in dem das Verdampfermedium vorgesehen ist, an einer von der Brennkammer abgewandten Seite der Wärmeübertragungswandung das wenigstens eine Temperierelement vorgesehen ist. Um die in dem wenigstens einen Temperierelement transportierte Wärme möglichst effizient abgeben zu können, wird weiter vorgeschlagen, dass das wenigstens eine Temperierelement an seiner von der Wärmeübertragungswandung abgewandten Seite eine Wärmeübertragungsflächenformation aufweist. Hier kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Wärmeübertragungsflächenformation rippenartig ausgebildet ist.
Wie bereits vorangehend ausgeführt, kann die Verbrennungscharakteristik insbesondere auch hinsichtlich des Schadstoffausstoßes bei dem erfindungsgemäßen Einsatz eines oder mehrerer Peltier-Elemente dadurch verbessert werden, dass das wenigstens eine Temperierelement an einer von der Wärmeübertragungswandung abgewandten Seite in Wärmeübertragungswechselwirkung mit in die Brennkammer einzuspeisender Luft bringbar ist. Auf diese Art und Weise kann die in die Brennkammer einzuleitende und zusammen mit einem Brennstoffdampf zu verbrennende Luft bereits vorerwärmt werden, wenn das Peltier-Element so betrieben wird, dass es Wärme aus dem Bereich der Brennkammer, also beispielsweise dem Bereich des Verdampfermediums, abzieht.
Um die Umströmung des wenigstens einen Temperierelements mit der in die Brennkammer einzuspeisenden Luft möglichst effizient zu gestalten, wird vorgeschlagen, dass das wenigstens eine Temperierelement mit seiner von der Wärmeübertragungswandung abgewandten Seite oder/und mit der Wärmeübertragungsflächenformation in einen Luftführungsraum ragt.
Da Peltier-Elemente im Allgemeinen als ebene, flächige Bauteile ausgestaltet sind, kann gemäß einer weiteren hinsichtlich des Zusammenfügens vorteilhaften Ausgestaltungsform vorgesehen sein, dass das Brennkammergehäuse topfartig ausgebildet ist mit einer Umfangswandung und einer Bodenwandung und dass die Bodenwandung wenigstens einen Teil der Wärmeübertragungswandung bildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird insbesondere beim Einsatz von Benzin als Brennstoff die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch einen Verdampferbrenner, umfassend ein Verdampfermedium zum Einspeisen von Brennstoff in eine Brennkammer, eine Zündheizeinrichtung zum Zünden von in der Brennkammer vorhandenem Brennstoffdampf/Luft-Gemisch sowie eine Kühleinrichtung mit wenigstens einem Kühlelement zum Kühlen des in die Brennkammer einzuspeisenden Brennstoffs oder/und des Verdampfermediums.
Auch hier ist es insbesondere aufgrund des einfacheren Aufbaus vorteilhaft, wenn das wenigstens eine Kühlelement ein Peltier-Element umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Verdampferbrenners vorgeschlagen, bei welchem Verfahren vorgesehen ist, dass vor oder/und während einer Zünd/Startphase des Verdampferbrenners wenigstens ein Peltier-Element derart betrieben wird, dass der in die Brennkammer einzuspeisende Brennstoff oder/und das Verdampfermedium erwärmt wird und dass bei oder/und nach erfolgter Zündung wenigstens ein Peltier-Element derart betrieben wird, dass der in die Brennkammer einzuspeisende Brennstoff oder/und das Verdampfermedium gekühlt wird.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende Figur anhand einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines bei einem Fahrzeugheizgerät einzusetzenden Verdampferbrenners beschrieben.
In der Figur ist ein allgemein mit 10 bezeichnetes Heizgerät mit seinen wesentlichen Bestandteilen dargestellt. Dieses Heizgerät 10 umfasst einen Verdampferbrenner 12, welchem über einen Luftzuführbereich 14 die zur Verbrennung erforderliche Luft zugeführt wird. Die bei der Verbrennung erzeugte Wärme wird durch einen allgemein mit 14 bezeichneten Wärmetauscher dann auf ein zu erwärmendes Medium, also beispielsweise Luft oder Wasser, übertragen. Von diesem Wärmetauscher 14 ist nur ein inneres topfartiges Gehäuseteil 16 gezeigt, das zusammen mit einem nicht dargestellten und dieses außen umgebenden ebenfalls topfartigen Gehäuseteil einen Strömungsraum für das zu erwärmende Medium begrenzt.
Der Verdampferbrenner 12 selbst umfasst ein allgemein mit 18 bezeichnetes Brennkammergehäuse, das eine grundsätzlich topfartige Struktur aufweist.
Im dargestellten Beispiel sind eine Umfangswandung 20 und ein Bodenbereich 22 des Brennkammergehäuses 18 als separate Bauteile ausgebildet und miteinander zum Bereitstellen der topfartigen Struktur verbunden. Die Umfangswandung 20 ist weiterhin mit einem Flammrohr 24 verbunden, in welches die eine mit der Umfangswandung 20 integral ausgestaltete Flammblende 26 durchströmende Verbrennungsabgase eintreten, darin auf das Gehäuseteil 16 des Wärmetauschers 14 zu strömen und dann entlang eines zwischen dem Flammrohr 24 und dem Gehäuseteil 16 gebildeten Rückströmungsraums 26 in Richtung zu einem Verbrennungsabgasauslass 28 strömen, wie durch Pfeile P1 angedeutet.
Ebenso wie das Gehäuseteil 16 bzw. gesamte der Wärmetauscher 14 ist der Verdampferbrenner 12 bzw. das Brennkammergehäuse 18 desselben an einem plattenartigen Trägerbauteil 30 getragen, wobei insbesondere zum Erlangen der erforderlichen Dichtigkeit zwischen dem Gehäusebauteil 16 und diesem Trägerbauteil 30 ein Dichtungselement 32 vorgesehen sein kann. Dieses Trägerbauteil 30 begrenzt zusammen mit einem weiteren Gehäuseteil 34 auch einen Luftströmungsraum 36, welchen die in einer Brennkammer 38 zu verbrennende Luft unter der Förderwirkung eines nicht dargestellten Gebläses wie durch Pfeile P2 angedeutet durchströmt. Zwischen dem Außenumfangsbereich der Umfangswandung 20 bzw. des Bodenbereits 22 des Brennkammergehäuses 18 und einem axialen Endbereich des Flammrohrs 24 ist ein ringartiger Strömungsraum 40 gebildet, in welchen die im Luftströmungsraum 36 strömende Luft eintritt und dann über in der Umfangswandung 20 gebildete Öffnungen 42 in die Brennkammer 38 gelangt.
Im zentralen Bereich des Bodenbereichs 22 des Brennkammergehäuses 18 mündet eine Brennstoffzuführleitung 44 ein. Durch diese wird flüssiger Brennstoff, beispielsweise Benzin, in Richtung zur Brennkammer 38 gefördert. Die Innenseite des Bodenbereichs 22 des Brennkammergehäuses 18 ist mit einem hier zweilagig ausgestalteten porösen Verdampfermedium 46 belegt. An der von der Brennkammer 38 abgewandten Seite nimmt dieses Verdampfermedium 46 den flüssigen Brennstoff auf und transportiert diesen unter Kapillarwirkung auch in seine äußersten Randbereiche. Um hier eine verbesserte Verteilungswirkung zu erlangen, kann zwischen den beiden Lagen des porösen Verdampfermediums in demjenigen Bereich, der den Einmündungsbereich der Brennstoffzuführleitung 44 überdeckt, ein plattenartiges Verteilungselement 48 angeordnet sein, welches dafür sorgt, dass der dort in das poröse Verdampfermedium 46 eintretende Brennstoff nicht geradlinig zu der der Brennkammer 38 zugewandten Seite des porösen Verdampfermediums 46 strömen kann, sondern zunächst radial abgelenkt werden muss.
Am Bodenbereich des Brennkammergehäuses 18 ist weiterhin ein Zündelement 50 vorgesehen, das sich über das poröse Verdampfermedium 46 hinweg in die Brennkammer 38 hinein erstreckt. Dieses beispielsweise als Glühzündstift ausgestaltete Zündelement 50 dient dazu, durch Erzeugung lokaler Bereiche mit hoher Temperatur das in der Brennkammer 38 vorhandene Brennstoffdampf/Luft-Gemisch zu zünden und somit den Verdampferbrenner 12 zu starten.
Es ist weiterhin eine allgemein mit 52 bezeichnete Temperiereinrichtung vorgesehen. Diese umfasst im dargestellten Beispiel mehrere an dem Bodenwandungsbereich 22 des Brennkammergehäuses 18 vorgesehene Peltier-Elemente 54. Hierzu kann beispielsweise in Zuordnung zu jedem Peltier-Element 54 am Bodenwandungsbereich 22 an der von der Brennkammer 38 abgewandten Seite desselben eine Einsenkung vorgesehen sein, so dass dort die Materialstärke des Bodenwandungsbereichs zur verbesserten Wärmeübertragung gemindert ist. In Zuordnung zu diesen Einsenkungen, die beispielsweise auch in Form einer ringartig umlaufenden Einsenkung am Bodenwandungsbereich 22 bereitgestellt sein können, sind in dem Trägerelement 30 entsprechende Aussparungen vorgesehen, so dass die Peltier-Elemente 54 grundsätzlich mit ihrer von der Brennkammer 38 und somit auch dem Bodenwandungsbereich 22 abgewandt liegenden Seite zum Luftströmungsraum 36 hin frei liegen. An dieser Seite sind die Peltier-Elemente 54 auch mit Rippen versehen, so dass ein besserer Wärmeübertragungskontakt zwischen den Peltier-Elementen 54 bzw. der Temperiereinrichtung 52 und der im Luftströmungsraum 36 strömenden Luft erlangt werden kann.
Je nach Bestromungsrichtung können die Peltier-Elemente 54 derart betrieben werden, dass sie Wärme von der den Bodenwandungsbereich 22 zugewandten Seite zu der vom Bodenwandungsbereich 22 abgewandten und dem Luftströmungsraum 36 zugewandten Seite transportieren, oder umgekehrt. Im ersten Falle wird also der mit den Peltier-Elementen 54 in Kontakt stehende Bereich des Bodenwandungsbereichs 22 gekühlt, und die dort abgezogene Wärme wird über die Rippen 56 an die im Luftströmungsraum 36 strömende Luft abgegeben. Dadurch wird erlangt, dass zusammen mit dem Bodenwandungsbereich 22 auch das damit in Kontakt stehende poröse Verdampfermedium 36 bzw. der in diesem vorhandene flüssige Brennstoff gekühlt werden bzw. Wärme von dort abgezogen wird. Dies ist insbesondere bei Einsatz von Benzin als Brennstoff vorteilhaft, da Benzin vergleichsweise leicht abdampft und die bei der Verbrennung in der Brennkammer 38 vorhandenen hohen Temperaturen zu spontanem, unkontrolliertem Abdampfen des Benzins aus dem porösen Verdampfermedium 46 führen könnten. Durch das gezielte Kühlen kann jedoch sichergestellt werden, dass die Abdampfung nur in demjenigen Ausmaß erfolgt, das für die korrekte Verbrennung auch erforderlich ist. Gleichzeitig wird die durch diese Kühlung aus dem Bereich des porösen Verdampfermediums 46 abgezogene Wärme auf die im Luftströmungsraum 36 und im Strömungsraum 40 strömende und dann in die Brennkammer 38 eingeleitete Luft übertragen, so dass diese bereits vorgewärmt ist und bei Durchmischung mit dem dann bereits abgedampften Brennstoffdampf zu einer schadstoffreduzierten Verbrennung beiträgt.
In der Startphase des Verdampferbrenners 12, also in einem Zustand, in dem die verschiedenen Systembereiche desselben noch vergleichsweise niedrige Temperaturen aufweisen, können die Peltier-Elemente so betrieben werden, dass sie das Brennkammergehäuse 18 bzw. den Bodenwandungsbereich 22 und somit auch das poröse Verdampfermedium 46 vorwärmen. Es wird somit der Verdampferbrenner 12 in einen Zustand gebracht, bei dem dann, wenn der flüssige Brennstoff über die Brennstoffzuführleitung 44 eingeleitet wird, aufgrund der bereits etwas angehobenen Temperaturen eine verbesserte Brennstoffabdampfung erfolgt und somit auch in der Startphase bzw. beim Zünden ein geringerer Schadstoffausstoß vorliegt. Ist die Zündung dann erfolgt, so sorgt die Verbrennungswärme, wie vorangehend bereits angesprochen, sehr rasch für eine Erwärmung der verschiedenen Systembereiche, so dass dann beispielsweise die Peltier-Elemente 54 umgeschaltet bzw. entsprechend anders angesteuert werden können, um die vorangehend angesprochene Kühlwirkung zu erlangen.
Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem vergleichsweise schlecht verdampfenden Brennstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff, ist es grundsätzlich möglich, die Peltier-Elemente 54 auch während der normalen Verbrennung als Heizelemente zu betreiben, so dass im Bereich des Brennkammergehäuses 18 nicht Wärme entzogen wird, sondern zugeführt wird. Es ergibt sich somit bei sehr einfachem Aufbau der Vorteil, dass der erfindungsgemäße Verdampferbrenner 12 für eine Vielzahl verschiedener Brennstoffarten eingesetzt werden kann, ohne hierfür spezielle konstruktive Anpassungsmaßnahmen vornehmen zu müssen. Die Berücksichtigung der Brennstoffart kann durch die daran angepasste Art und Weise der Ansteuerung der Temperiereinrichtung 52 erfolgen.

Claims (10)

  1. Verdampferbrenner, umfassend:
    ein Verdampfermedium (46) zum Einspeisen von Brennstoff in eine Brennkammer (38),
    eine Zündheizeinrichtung (50) zum Zünden von in der Brennkammer (38) vorhandenem Brennstoffdampf/Luft-Gemisch,
    eine Temperiereinrichtung (52) mit wenigstens einem Temperierelement (54) zum thermischen Beeinflussen des in die Brennkammer (38) einzuspeisenden Brennstoffs oder/und des Verdampfermediums (46) oder/und der in die Brennkammer (38) einzuspeisenden Luft,
    dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Temperierelement (54) ein Peltier-Element umfasst.
  2. Verdampferbrenner nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Brennkammergehäuse (18) mit einer Wärmeübertragungswandung (22) vorgesehen ist, dass an einer der Brennkammer (38) zugewandten Seite der Wärmeübertragungswandung (22) das Verdampfermedium (46) vorgesehen ist und dass in demjenigen Bereich, in dem das Verdampfermedium (46) vorgesehen ist, an einer von der Brennkammer (38) abgewandten Seite der Wärmeübertragungswandung (22) das wenigstens eine Temperierelement (54) vorgesehen ist.
  3. Verdampferbrenner nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Temperierelement (54) an seiner von der Wärmeübertragungswandung (22) abgewandten Seite eine Wärmeübertragungsflächenformation (56) aufweist.
  4. Verdampferbrenner nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsflächenformation (56) rippenartig ausgebildet ist.
  5. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Temperierelement (54) an einer von der Wärmeübertragungswandung (22) abgewandten Seite in Wärmeübertragungswechselwirkung mit in die Brennkammer (38) einzuspeisender Luft bringbar ist.
  6. Verdampferbrenner nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Temperierelement (54) mit seiner von der Wärmeübertragungswandung (22) abgewandten Seite oder/und mit der Wärmeübertragungsflächenformation (56) in einen Luftführungsraum (36) ragt.
  7. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Brennkammergehäuse (18) topfartig ausgebildet ist mit einer Umfangswandung (20) und einer Bodenwandung (22) und dass die Bodenwandung (22) wenigstens einen Teil der Wärmeübertragungswandung (22) bildet.
  8. Verdampferbrenner, umfassend:
    ein Verdampfermedium (46) zum Einspeisen von Brennstoff in eine Brennkammer (38),
    eine Zündheizeinrichtung (50) zum Zünden von in der Brennkammer (38) vorhandenem Brennstoffdampf/Luft-Gemisch,
    eine Kühleinrichtung (52) mit wenigstens einem Kühlelement (54) zum Kühlen des in die Brennkammer (38) einzuspeisenden Brennstoffs oder/und des Verdampfermediums (46).
  9. Verdampfermedium nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Kühlelement (54)ein Peltier-Element (54) umfasst.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Verdampferbrenners nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass vor oder/und während einer Zünd/Startphase des Verdampferbrenners (12) wenigstens ein Peltier-Element (54) derart betrieben wird, dass der in die Brennkammer (38) einzuspeisende Brennstoff oder/und das Verdampfermedium (46) erwärmt wird und dass bei oder/und nach erfolgter Zündung wenigstens ein Peltier-Element (54) derart betrieben wird, dass der in die Brennkammer einzuspeisende Brennstoff (38) oder/und das Verdampfermedium (46) gekühlt wird.
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